波長轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)光裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種波長轉(zhuǎn)換裝置，用于吸收激發(fā)光并發(fā)射受激光，包括波長轉(zhuǎn)換層，該波長轉(zhuǎn)換層包括波長轉(zhuǎn)換顆粒和第一導(dǎo)熱顆粒，二者均勻混合，第一導(dǎo)熱顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)高于10W/m.K；其中，第一導(dǎo)熱顆粒的粒徑D2小于等于波長轉(zhuǎn)換顆粒的粒徑D1的0.5倍，且大于等于D1的0.05倍；還包括導(dǎo)熱基底，波長轉(zhuǎn)換層緊密貼附于導(dǎo)熱基底的表面。本發(fā)明利用特定粒徑的第一導(dǎo)熱顆粒填充波長轉(zhuǎn)換顆粒之間的空隙，有效的提高了波長轉(zhuǎn)換層的導(dǎo)熱率，這能夠有效的將波長轉(zhuǎn)換顆粒發(fā)出的熱量導(dǎo)出到波長轉(zhuǎn)換層的表面，在通過導(dǎo)熱基底散發(fā)出去，從而有效的降低了波長轉(zhuǎn)換層的溫度。
【專利說明】波長轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)光裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及發(fā)光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種波長轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)光裝置。
[0003]【背景技術(shù)】
[0004]目前在發(fā)光【技術(shù)領(lǐng)域】，使用激發(fā)光激發(fā)熒光粉材料已經(jīng)成為普遍應(yīng)用的技術(shù)。然而隨著對發(fā)光功率的要求越來越高，激發(fā)光的功率越來越強(qiáng)，熒光粉的散熱問題已經(jīng)越來越成為制約這種發(fā)光技術(shù)的瓶頸。
[0005]在傳統(tǒng)做法中，將熒光粉與硅膠或環(huán)氧樹脂等透明膠體混合，成型后固化形成波長轉(zhuǎn)換體或波長轉(zhuǎn)換層。這樣，熒光粉所發(fā)出的熱量主要被其周圍的膠體吸收，而這些膠體的導(dǎo)熱性能很差，不足以將熒光粉發(fā)出的熱量傳導(dǎo)出去，這樣就形成了熒光粉在整個結(jié)構(gòu)內(nèi)部的積累。當(dāng)激發(fā)光功率很高時，波長轉(zhuǎn)換體或?qū)又械臏囟确浅８?，這樣不僅造成熒光粉效率的下降，還會造成膠體的快速老化、發(fā)黃，影響整個發(fā)光器件的性能和壽命。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出一種波長轉(zhuǎn)換裝置，用于吸收激發(fā)光并發(fā)射受激光，包括波長轉(zhuǎn)換層，該波長轉(zhuǎn)換層包括波長轉(zhuǎn)換顆粒和第一導(dǎo)熱顆粒，二者均勻混合，第一導(dǎo)熱顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)高于10W/m.K ;其中，第一導(dǎo)熱顆粒的粒徑D2小于等于波長轉(zhuǎn)換顆粒的粒徑Dl的0.5倍，且大于等于Dl的0.05倍；還包括導(dǎo)熱基底，波長轉(zhuǎn)換層緊密貼附于導(dǎo)熱基底的表面。
[0008]本發(fā)明還提出一種發(fā)光裝置，包括上述的波長轉(zhuǎn)換裝置，還包括激發(fā)光源，波長轉(zhuǎn)換裝置吸收激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光并發(fā)射受激光。
[0009]本發(fā)明利用特定粒徑的第一導(dǎo)熱顆粒填充波長轉(zhuǎn)換顆粒之間的空隙，有效的提高了波長轉(zhuǎn)換層的導(dǎo)熱率，這能夠有效的將波長轉(zhuǎn)換顆粒發(fā)出的熱量導(dǎo)出到波長轉(zhuǎn)換層的表面，在通過導(dǎo)熱基底散發(fā)出去，從而有效的降低了波長轉(zhuǎn)換層的溫度。
[0010]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1所示的是本發(fā)明的發(fā)光裝置的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明提出一種發(fā)光裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該發(fā)光裝置包括波長轉(zhuǎn)換層102，該波長轉(zhuǎn)換層緊密貼附于導(dǎo)熱基底101的表面IOla上。該發(fā)光裝置還包括激發(fā)光源(圖中未畫出)，激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光111入射于波長轉(zhuǎn)換層，波長轉(zhuǎn)換層吸收激發(fā)光并發(fā)射受激光112。在本實施例中，波長轉(zhuǎn)換層所貼附的導(dǎo)熱基底的表面IOla對受激光具有反射性，這樣可以反射波長轉(zhuǎn)換層面向?qū)峄?01發(fā)出的光，從而使得所有受激光都向圖1中的上方發(fā)射。導(dǎo)熱基底的表面IOla的反射性可以通過在導(dǎo)熱基底表面鍍反射膜來實現(xiàn)(例如但不限于鋁膜、銀膜和光學(xué)介質(zhì)膜)，也可以通過在導(dǎo)熱基底表面貼附鏡面反射或散射反射膜來實現(xiàn)，也可能是導(dǎo)熱基底本身就具有鏡面反射特性或散射反射特性(例如鋁導(dǎo)熱基底本身表面就具有一定的鏡面反射特性，而多孔陶瓷基底本身表面就具有很好的散射反射特性)，這都是現(xiàn)有技術(shù)，此處不贅述。
[0014]波長轉(zhuǎn)換層包括波長轉(zhuǎn)換顆粒，波長轉(zhuǎn)換顆粒吸收激發(fā)光并發(fā)射受激光。波長轉(zhuǎn)換顆粒例如但不限于熒光粉顆粒。由于波長轉(zhuǎn)換層緊密貼附于導(dǎo)熱基底101的表面IOla上，波長轉(zhuǎn)換層所發(fā)出的熱量，一旦傳導(dǎo)到表面IOla上，就能夠迅速的被導(dǎo)熱基底101導(dǎo)走，以此來為波長轉(zhuǎn)換層散熱。然而這里的關(guān)鍵問題在于，波長轉(zhuǎn)換顆粒所發(fā)出的熱量如何高效率的傳導(dǎo)到表面IOla上。
[0015]為了解決這個問題，發(fā)明人做了大量的研究發(fā)現(xiàn)，阻礙波長轉(zhuǎn)換顆粒的熱量導(dǎo)出的是波長轉(zhuǎn)換顆粒之間的空隙。這些空隙或者是由空氣填充，或者由硅膠等材料填充，無論哪種方式都是對熱傳導(dǎo)的阻斷，因為空氣和硅膠的導(dǎo)熱系數(shù)都很低。波長轉(zhuǎn)換顆粒之間的空隙的形成則是必然的。下面予以詳細(xì)說明。
[0016]假設(shè)理想的情況，波長轉(zhuǎn)換顆粒都是等大的球形。多個球形的堆積有至少兩種堆積方式，一種是呈正立方堆積，即八個球形顆粒分別位于正立方體的八個頂點且相鄰顆粒相切；一種是呈正四面體堆積，即四個球形顆粒分別位于正四面體的四個頂點且相鄰顆粒相切。后一種方式球形顆粒的堆積最為緊密。無論哪種堆積方式，顆粒之間都會存在空隙。如果能夠加入一種導(dǎo)熱顆粒，并使該顆粒剛好填充波長轉(zhuǎn)換顆粒之間的空隙，就必然會提升將波長轉(zhuǎn)換顆粒發(fā)出的熱量導(dǎo)出的能力。理論上，若波長轉(zhuǎn)換顆粒呈正四面體堆積，則其空隙能夠容納的導(dǎo)熱顆粒的直徑約為波長轉(zhuǎn)換顆粒直徑的0.15倍。
[0017]經(jīng)過計算和實驗驗證，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，若規(guī)定波長轉(zhuǎn)換顆粒的粒徑為D1，導(dǎo)熱顆粒的粒徑為D2，則當(dāng)D2小于等于Dl的0.5倍且大于等于Dl的0.05倍時，整個波長轉(zhuǎn)換層的熱導(dǎo)率就會有所提高。而優(yōu)選的，D2小于等于Dl的0.2倍且大于等于Dl的0.1倍時，這種波長轉(zhuǎn)換層的熱導(dǎo)率最好，此時恰好對應(yīng)于理論上導(dǎo)熱顆粒填充波長轉(zhuǎn)換顆?？障兜闹睆椒秶@也驗證了本發(fā)明理論的正確性。
[0018]綜上所述，本發(fā)明利用特定粒徑的導(dǎo)熱顆粒填充波長轉(zhuǎn)換顆粒之間的空隙，有效的提高了波長轉(zhuǎn)換層的導(dǎo)熱率，這能夠有效的將波長轉(zhuǎn)換顆粒發(fā)出的熱量導(dǎo)出到波長轉(zhuǎn)換層的表面，在通過導(dǎo)熱基底散發(fā)出去，從而有效的降低了波長轉(zhuǎn)換層的溫度。
[0019]在上面的描述中，都使用一個特定的數(shù)值來描述顆粒的粒徑。在實際應(yīng)用中，每一種顆粒中，每一顆顆粒的粒徑都不能保證相同，即每一種顆粒都存在一個粒徑的分布，這個分布稱為這種顆粒的粒度分布。即使如此，為了描述方便，仍然會定義一個顆粒度來表征這個粒度分布的平均粒徑。例如在實際中采用中位數(shù)顆粒度(常表示為D50)，其含義是粒徑小于這個顆粒度的顆粒占總質(zhì)量的50%。實際應(yīng)用中為了滿足不同的需要，存在多個對顆粒度的定義，但總的來說這些定義都表達(dá)一種顆粒的平均粒徑的概念。從這個角度出發(fā)，本發(fā)明中的波長轉(zhuǎn)換顆粒的粒徑Dl和導(dǎo)熱顆粒的粒徑D2，以及后面將要提到的第二導(dǎo)熱顆粒的粒徑D3，都是指的這種顆粒的平均的粒徑，在實際中則對應(yīng)于某一種顆粒度的概念，而至于具體使用哪種顆粒度的定義方法則不做限制。
[0020]在上面的描述中，波長轉(zhuǎn)換顆粒和導(dǎo)熱顆粒都被理想化為球形，實際應(yīng)用中則可能不是理想的球形，甚至可能是條形、針形等特殊的形狀。優(yōu)選的，波長轉(zhuǎn)換顆粒和導(dǎo)熱顆粒是球形，這樣的導(dǎo)熱效果最好；當(dāng)然，如果其中之一是球形也是比較好的。不過，即使兩者都不是球形，只要導(dǎo)熱顆粒對波長轉(zhuǎn)換顆粒的空隙具有填充效果，本發(fā)明就具有有益效果。而發(fā)明人對不同形態(tài)的波長轉(zhuǎn)換顆粒做了對比實驗，也證明了球形以外的其他形狀的波長轉(zhuǎn)換顆粒發(fā)出的熱同樣可以被導(dǎo)熱顆粒導(dǎo)走。
[0021]在本發(fā)明中，經(jīng)過實驗驗證，導(dǎo)熱顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)高于10W/m.K，這樣才可能達(dá)到為波長轉(zhuǎn)換顆粒有效導(dǎo)熱的作用。導(dǎo)熱顆粒可以選擇金剛石顆粒、氮化鋁顆粒、氧化鋁顆粒中的一種或多種的混合。或者，導(dǎo)熱顆粒也可能同時具有波長轉(zhuǎn)換特性，能夠吸收激發(fā)光或波長轉(zhuǎn)換顆粒發(fā)射的受激光，并發(fā)射輔助受激光。例如導(dǎo)熱顆粒與波長轉(zhuǎn)換顆粒是相同的材料，在吸收激發(fā)光的同時也發(fā)射與波長轉(zhuǎn)換顆粒相同的光。再例如波長轉(zhuǎn)換顆粒受激發(fā)射黃光，導(dǎo)熱顆粒則是紅色熒光粉顆粒，導(dǎo)熱顆粒吸收激發(fā)光，也可能吸收波長轉(zhuǎn)換顆粒發(fā)射的黃光中的綠光成分，并發(fā)射紅光。
[0022]除了導(dǎo)熱顆粒外，還可以使用其它形態(tài)的導(dǎo)熱材料，例如石墨烯和碳纖維。石墨烯為片狀的導(dǎo)熱材料，它沿著片層的橫向?qū)崧史浅８?，而碳纖維是線狀導(dǎo)熱材料，沿著線的方向其導(dǎo)熱率非常高。石墨烯和碳纖維都是柔性的，這有助于它們將兩個導(dǎo)熱顆?；虿ㄩL轉(zhuǎn)換顆粒連接在一起。
[0023]根據(jù)上面的討論可以理解，通過加入更為細(xì)小的顆?？梢蕴钛a(bǔ)大顆粒的空隙，從而提高整個波長轉(zhuǎn)換層的熱導(dǎo)率。那么進(jìn)一步的，還可以在波長轉(zhuǎn)換層中再加入粒徑更小的第二導(dǎo)熱顆粒，該第二導(dǎo)熱顆粒與波長轉(zhuǎn)換顆粒和第一導(dǎo)熱顆粒均勻混合，用于填充導(dǎo)熱顆粒與波長轉(zhuǎn)換顆粒之間的空隙。根據(jù)計算和實驗驗證，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，第二導(dǎo)熱顆粒的粒徑D3應(yīng)小于D2的0.6倍且大于D2的0.1倍，此時的波長轉(zhuǎn)換層的熱導(dǎo)率將得到進(jìn)一步的提升。第二導(dǎo)熱顆粒可以與上述的導(dǎo)熱顆粒是相同的材質(zhì)，例如都使用金剛石顆粒，當(dāng)然也可以不同，對此本發(fā)明不作贅述。
[0024]更進(jìn)一步的，還可能加入與波長轉(zhuǎn)換顆粒大小接近的第三導(dǎo)熱顆粒，第三導(dǎo)熱顆粒的導(dǎo)熱率大于波長轉(zhuǎn)化顆粒本身的導(dǎo)熱率。這樣在波長轉(zhuǎn)換顆粒發(fā)出的熱量傳導(dǎo)到波長轉(zhuǎn)換層表面的導(dǎo)熱路徑上，第三導(dǎo)熱顆?？赡懿糠值奶鎿Q波長轉(zhuǎn)換顆粒，這使得導(dǎo)熱的效果更好。
[0025]在實現(xiàn)本發(fā)明的實際操作中，波長轉(zhuǎn)換層還可能包括粘結(jié)劑，例如有機(jī)粘結(jié)劑硅膠或環(huán)氧樹脂，用于將波長轉(zhuǎn)換層中的顆粒粘接成為一個整體。例如將波長轉(zhuǎn)換顆粒、導(dǎo)熱顆粒與粘結(jié)劑一起混合(如果有第二導(dǎo)熱顆粒的話也加入第二導(dǎo)熱顆粒一起混合)，將混合物充分?jǐn)嚢?、脫泡，再利用絲網(wǎng)印刷或噴涂等方式涂敷于導(dǎo)熱基底上，然后再加熱固化形成波長轉(zhuǎn)換層。粘結(jié)劑還可以是無機(jī)粘結(jié)劑，例如水玻璃、低熔點玻璃等。值得一提的是，粘結(jié)劑并不是必須的，因為當(dāng)波長轉(zhuǎn)換層中顆粒與顆粒之間的距離足夠近時會產(chǎn)生很強(qiáng)的范德華力，自然的將這些顆粒連為一個整體。還有一種可能，就是先使用某種有機(jī)粘結(jié)劑將不同的顆粒連為一個整體，這樣方便攪拌和均勻混合，也方便利用現(xiàn)有工藝將波長轉(zhuǎn)換層涂敷于導(dǎo)熱基底上。在將波長轉(zhuǎn)換層涂敷于導(dǎo)熱基底上后，高溫將該有機(jī)粘結(jié)劑燒掉，剩余的各種顆粒將連為一體。
[0026]在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，波長轉(zhuǎn)換顆粒并非總是緊密接觸的，是否緊密接觸與顆粒之間的松散程度有關(guān)，如果使用粘結(jié)劑則與波長轉(zhuǎn)換顆粒與粘結(jié)劑的比例有關(guān)。經(jīng)過驗證，即使波長轉(zhuǎn)換顆粒之間不是緊密接觸的，加入小粒徑的導(dǎo)熱顆粒填充其空隙同樣可以起到增強(qiáng)導(dǎo)熱的效果。當(dāng)然，優(yōu)選的情況是，波長轉(zhuǎn)換顆粒與至少一個相鄰的顆粒(無論是另一個波長轉(zhuǎn)換顆粒還是導(dǎo)熱顆粒)緊密接觸，這樣的導(dǎo)熱效果最好。在使用粘結(jié)劑的情況下，則要求粘接劑不能過多，粘接劑過多則會是波長轉(zhuǎn)換顆粒與其他顆粒之間的距離過大。實際上，在能夠有效粘接的前提下，粘接劑越燒越好。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種波長轉(zhuǎn)換裝置，用于吸收激發(fā)光并發(fā)射受激光，其特征在于: 包括波長轉(zhuǎn)換層，該波長轉(zhuǎn)換層包括波長轉(zhuǎn)換顆粒和第一導(dǎo)熱顆粒，二者均勻混合，第一導(dǎo)熱顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)高于10W/H1.K ;其中，第一導(dǎo)熱顆粒的粒徑D2小于等于波長轉(zhuǎn)換顆粒的粒徑Dl的0.5倍，且大于等于Dl的0.05倍； 還包括導(dǎo)熱基底，所述波長轉(zhuǎn)換層緊密貼附于導(dǎo)熱基底的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層所貼附的導(dǎo)熱基底的表面對所述受激光具有反射性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，D2小于等于Dl的0.2倍，且大于等于Dl的0.1倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，波長轉(zhuǎn)換顆粒為球形，和/或第一導(dǎo)熱顆粒為球形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，波長轉(zhuǎn)換層還包括與所述波長轉(zhuǎn)換顆粒和第一導(dǎo)熱顆粒均勻混合的第二導(dǎo)熱顆粒，第二導(dǎo)熱顆粒的粒徑D3小于D2的0.6倍，大于D2的0.1倍。
6.根據(jù)權(quán)力要求5所述的波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第二導(dǎo)熱顆粒與所述第一導(dǎo)熱顆粒是相同的材質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)力要求I所述的波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述第一導(dǎo)熱顆粒為金剛石顆粒、氮化鋁顆粒、氧化鋁顆粒中的一種或多種的混合；或者，所述第一導(dǎo)熱顆粒也具有波長轉(zhuǎn)換特性，能夠吸收激發(fā)光或波長轉(zhuǎn)換顆粒發(fā)射的受激光，并發(fā)射輔助受激光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換層還包括粘接劑，該粘接劑用于將波長轉(zhuǎn)換層中的顆粒粘接成為一個整體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的波長轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換顆粒與至少一個相鄰的顆粒緊密接觸。
10.一種發(fā)光裝置，其特征在于: 包括權(quán)利要求1至9中任一項所述的波長轉(zhuǎn)換裝置，還包括激發(fā)光源，所述波長轉(zhuǎn)換裝置吸收所述激發(fā)光源發(fā)射的激發(fā)光并發(fā)射受激光。
【文檔編號】H01L33/50GK103794704SQ201310464072
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】吳震 申請人:吳震